基于非接觸式傳感器的帶式輸送機(jī)失速檢測控制改進(jìn)及應(yīng)用

金川集團(tuán)股份有限公司選礦廠 甘肅金昌 737102

金川集團(tuán)公司選礦廠是特大型鎳銅礦選礦廠，年處理礦量達(dá)到 1 200 萬 t，主要有 3 個(gè)選礦車間，其處理能力分別為 6 000、14 000 和 15 500 t/d。全廠各系統(tǒng)共有 33 條主帶式運(yùn)輸機(jī)，其保護(hù)裝置設(shè)有拉繩急停、防跑偏、縱向防撕裂、橫向防撕裂以及防打滑保護(hù)。

目前，金川集團(tuán)公司選礦廠各車間的帶式運(yùn)輸機(jī)防打滑保護(hù)裝置采用的是基于 JDK-1 型速度檢測器，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。將 JDK-1 型速度檢測器水平安裝在上行輸送帶和下行輸送帶間的輸送機(jī)支架上，使觸輪與輸送帶表面有一定的壓力，防止發(fā)生觸輪跳動而造成較大誤差停機(jī)。當(dāng)輸送帶運(yùn)行速度低于設(shè)定值時(shí)，檢測器中的繼電器動作并輸出開關(guān)量信號，使帶式運(yùn)輸機(jī)停止工作。

通過分析上述傳感器的工作原理可知，JDK-1型速度檢測器的設(shè)計(jì)原理為輸送帶運(yùn)行時(shí)帶動觸輪同步轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，當(dāng)輸送機(jī)的運(yùn)行速度低于整定值時(shí)，低速打滑動作。

1 存在問題

從金川集團(tuán)選礦廠近年來的使用效果來看，此類速度檢測器存在的主要問題有以下幾個(gè)方面：

(1)帶式輸送機(jī)在重負(fù)荷情況下，容易產(chǎn)生觸輪、輸送帶脫離停機(jī)，從而產(chǎn)生檢測誤差而觸發(fā)保護(hù)動作；

(2)速度檢測器與帶式輸送機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動，因觸輪直徑偏小、轉(zhuǎn)速快、壽命短，軸承因損壞而造成保護(hù)動作；

(3)當(dāng)輸出繼電器觸點(diǎn)接觸不良會經(jīng)常出現(xiàn)動作不可靠；

(4)當(dāng)帶式輸送機(jī)出現(xiàn)如電動機(jī)與減速器連接棒銷斷，液力耦合器故障等輸送帶不運(yùn)行而低速保護(hù)不動作，實(shí)現(xiàn)不了上下級聯(lián)鎖引起堆礦，如果生產(chǎn)操作人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將直接影響安全生產(chǎn)。

2 失速檢測控制改進(jìn)

2.1 傳感器的升級

帶式輸送機(jī)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象是由于在運(yùn)行過程中帶式輸送機(jī)傳動滾筒的速度與輸送帶速度不同步，使兩者之間產(chǎn)生相對滑動。一般輸送帶打滑有低速打滑和高速打滑 2 種[1]。低速打滑是由于傳動滾筒的摩擦牽引力降低、過載、輸送帶被卡住或者張緊力不足造成的，此種情況較為常見；而高速打滑一般出現(xiàn)在帶式輸送機(jī)超速運(yùn)過程中。傳統(tǒng)低速輸送帶打滑開關(guān)的工作原理是通過檢測輸送帶與傳動滾筒速度的變化，比較分析二者之間的差值，如果出現(xiàn)打滑，發(fā)出打滑報(bào)警信號。該打滑開關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中由于自身的缺陷已不適用于選礦廠帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置，亟需進(jìn)行技術(shù)改造。

本次技術(shù)改造的核心是將失速檢測傳感器由直接接觸式改為非接觸式，減少了同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)造成的檢測器自身壽命問題?，F(xiàn)采用標(biāo)準(zhǔn)貼片式 NPN 型傳感器作為失速檢測元件[2]，該 NPN 型傳感器是利用三極管的飽和和截止，輸出兩種狀態(tài)，屬于開關(guān)型傳感器。但輸出信號是截然相反的，即高電平和低電平，PNP 輸出是高電平 1，NPN 輸出的是低電平 0。該非接觸式失速檢測傳感器的安裝方式與傳統(tǒng)直接接觸式傳感器也略有不同，分別在從動滾筒的 4 等分位置焊接 4 個(gè)感應(yīng)鐵片，然后將測速元件通過支架安裝在帶式輸送機(jī)架上，并保持合適的距離。當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，從滾筒上的感應(yīng)片與輸送帶保持同速轉(zhuǎn)動，通過式(1)可計(jì)算出傳感器輸出頻率信號并送至控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，傳感器與控制系統(tǒng)的接線如圖 1 所示[3]。

圖1 傳感器配線圖

傳感器輸出頻率

式中：PPR為接收到的每圈脈沖數(shù)；RPM為在報(bào)警設(shè)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)速。

同時(shí)，就近安裝一臺輸送帶失速檢測控制箱，接收傳感器的信號，處理后轉(zhuǎn)速變?yōu)?4～20 mA 電信號傳輸至 I/O 柜，經(jīng) I/O 柜將信號上傳至主控室 DCS控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)處理后在上位機(jī)顯示輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速的百分比，從而控制輸送帶電動機(jī)運(yùn)行。輸送帶失速檢測與控制如圖 2 所示。

圖2 輸送帶失速檢測與控制示意

2.2 控制及設(shè)定

主機(jī)控制器和存儲器可設(shè)置速度保護(hù)數(shù)據(jù)處理與存儲，只有在編程與調(diào)試過程中調(diào)整數(shù)值，具體參數(shù)如表 1 所列[3]。

經(jīng)主機(jī)控制器處理后的信號，以標(biāo)準(zhǔn)的 4～20 mA 信號送至 DCS 系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理，并在上位機(jī)上顯示帶式輸送機(jī)與額定轉(zhuǎn)速的百分比，一旦出現(xiàn)輸送帶打滑現(xiàn)象，會立即發(fā)出報(bào)警信號或設(shè)定停機(jī)值進(jìn)行停機(jī)，起到聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)的功能。

帶式輸送機(jī)失速檢測的組態(tài)畫面如圖 3 所示。

圖3 帶式輸送機(jī)失速控制組態(tài)

3 改造效果

金川公司選礦廠首先將新型速度檢測裝置應(yīng)用于6 000 t/d 系統(tǒng)的 45 號輸送帶，試運(yùn)行 3 個(gè)月后，運(yùn)行效果良好，后陸續(xù)推廣到其余帶式輸送機(jī)上，安裝使用后達(dá)到了以下效果：

(1)采用非接觸式傳感器[2]，受設(shè)備運(yùn)行影響小，檢測準(zhǔn)確可靠；

(2)傳感器及控制系統(tǒng)故障率低，免維護(hù)；

(3)帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)聯(lián)軸器等斷軸故障，輸送帶停止，電動機(jī)仍運(yùn)行，及時(shí)檢測輸出失速報(bào)警狀態(tài)，輸送機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)鎖，碎礦輸送帶輸送系統(tǒng)聯(lián)鎖停機(jī)，解決了輸送帶壓料現(xiàn)象。

通過對帶式輸送機(jī)失速檢測裝置的改進(jìn)，為選礦廠帶來了直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每減少一小時(shí)的非計(jì)劃停車，就給選礦廠帶來直接經(jīng)濟(jì)效益 5 萬元。間接效果是降低了崗位操作人員的勞動強(qiáng)度，增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

4 結(jié)語

基于非接觸式傳感器的帶式輸送機(jī)失速檢測控制系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、精度高、可靠性高及安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)。本次帶式輸送機(jī)失速檢測裝置的改進(jìn)，不僅彌補(bǔ)和完善了傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)打滑開關(guān)的不足，而且大大提高了失速保護(hù)的可靠性，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，有效減少了生產(chǎn)操作人員的工作量，給同行業(yè)帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的運(yùn)用提供了一定的參考經(jīng)驗(yàn)，具有一定的推廣和借鑒意義。